JPH0530910B2

JPH0530910B2 -

Info

Publication number: JPH0530910B2
Application number: JP26149084A
Authority: JP
Inventors: Kyoshoku Kin; Uirukinson Ooen
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1993-05-11
Also published as: JPS61139668A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、放電によつて真空中にプラズマを
発生させ、このプラズマを用いて被処理物表面に
薄膜堆積、エツチング、スパツタリング及び清浄
化等の処理を施す表面処理装置に関する。

（従来の技術）真空中のプラズマを用いて被処理物の表面を処
理する場合には、そのプラズマ密度と処理速度と
が比例する。しかし、従来の２電極放電方式の装
置で、電極間の電力を増加させて高密度プラズマ
を得ようとすると、その非接地側電極の負電圧の
絶対値が増加するので、処理が低効率化し、しか
も、イオン衝撃が強くなつて被処理物を大きく損
傷する問題があつた。

そこで、電極間の電力を増加させずに高密度プ
ラズマを得るため、電極面に平行にあるいは電極
面を覆う形に磁界を作り、この磁界の力をかりて
高密度の放電プラズマを電極の近傍に発生させる
方法が考えられている。つまり、この方法は、上
記磁界の力で、電子に擬似サイクロイド運動を起
させ、この電子の運動方向に沿つて高密度のプラ
ズマを発生させるものである。

この方法によれば、２電極放電方式の場合より
もカソード上の電極の負電圧の絶対値を小さくで
きるとともに、高密度のプラズマを得ることがで
きる。

しかし、本発明者らは、所定の限られた範囲で
上記擬似サイクロイド運動を起させれば、当該電
極の周囲全体に亙つて擬似サイクロイド運動を起
させる場合よりも、さらに少ない電力で高密度の
プラズマを発生させうるものと考え、第９図に示
す装置を用いて実験を繰り返したところ、次のよ
うな問題があることを発見した。

すなわち、第９図に示した装置は、接地電位を
保持した真空容器１に電極２を設けるとともに、
この電極２の周囲に絶縁物３を設けている。

この状態で、記号４の方向に磁界を形成すれ
ば、電子は電極２の表面において、擬似サイクロ
イド曲線５に沿つて運動するが、絶縁物３及び真
空容器１の側壁によつて、上記擬似サイクロイド
運動が制限あるいは禁止される。

（本発明が解決しようとする問題点）擬似サイクロイド運動を制限あるいは禁止すれ
ば、理論的には、ごく限られた範囲でしかプラズ
マが生成されないので、必要パワーが少なくてす
むはずである。

このようにすれば、確かに、プラズマを発生さ
せるためのパワーが少なくて済む。しかし、この
場合には、第１０図に示すように、上記擬似サイ
クロイド運動前方の密度分布が、その後方の密度
分布よりも高くなり、全体として、当該プラズマ
の密度分布が不均一なることが解つた。

もし、密度分布が不均一なプラズマで、被処理
物の表面処理をすれば、その表面処理自体も不均
一になるので、この種の装置は、実際の使用に耐
え得ないことが判明した。

この発明は、小さなパワーで高密度のプラズマ
を発生させるとともに、その密度分布を均一化し
た装置の提供を目的にする。

（問題点を解決するための手段）この発明は、上記の目的を達成するために、圧
力を制御する手段を備えた真空容器内に、一対の
非接地電極をほぼ平行にして対向させるととも
に、両非接地電極を同一の電源に接続し、さらに
この非接地電極の表面に沿つて磁界を発生させる
手段及び非接地電極を回りにおける電子の擬似サ
イクロイド運動を制限又は禁止する手段を設けた
構成にしている。

（本発明の作用）擬似サイクロイド運動を制限あるいは禁止する
上記手段によつて、互いに対向する非接地電極の
表面に、密度分布を対称的にした一対のプラズマ
が発生する。

（本発明の効果）この発明は、密度分布が均一化した高密度のプ
ラズマを生成できるので、均一かつ高効率で、し
かも高速でダメージの少ない表面処理ができる。

また、限られた範囲でプラズマを生成するの
で、その使用電力も小さくなる。しかも、使用電
力を小さくした分、イオン化衝撃が小さくなるの
で、被処理物を損傷することもなくなる。

（本発明の実施例）第１〜４図は第１実施例を示すもので、接地電
位を保持した真空容器１１内には、一対の非接地
電極１２，１３を対向させているが、この非接地
電極１２，１３は、その対向側面１２ａ，１３ａ
とは反対側を絶縁物１４，１５で覆つている。

なお、この実施例では、真空容器１１を接地さ
せることによつて、真空容器１１を接地電極とし
て機能させている。

そして、上記非接地電極１２，１３には、同一
の高周波電源１６を接続し、それら両電極１２，
１３が常に同電位に保たれるようにするととも
に、いずれか一方の電極、例えば電極１２の対向
側面１２ａに被処理物である基板１７を載置して
いる。

さらに、この真空容器１１の外側にはコイル１
８，１９を設け、このコイル１８，１９に直流電
流を流して、両電極１２，１３に平行な矢印Ｂ方
向の静磁界を作るようにしている。

このようにした真空容器１１には、複数のガス
ボンベ２０〜２２のガスを、所定の混合比にし
て、バルブ２３、バリアブルリーク２４及びガス
導入口２５を経由して導入する一方、バルブ２６
を介して真空ポンプ２７で排気し、この真空容器
１１内を所定の圧力に維持する。

しかして、真空容器１１内に処理ガスを導入す
るとともに、コイル１８，１９に直流電流を流し
て、非接地電極１２，１３の対向部間に、それら
電極の対向側面１２ａ，１３ａと平行なＢ方向の
静磁界を作る。この静磁界を作つた状態で、非接
地電極１２，１３に高周波電源１６からの高周波
電力を供給すると、それぞれの非接地電極１２，
１３の対向側面１２ａ，１３ａ近傍で、電子が擬
似サイクロイド運動を起す。この運動方向前方に
おいては、上記絶縁物１４，１５と真空容器１１
の側壁とで、その擬似サイクロイド運動が禁止又
は制限される。したがつて、この禁止又は制限さ
れた運動方向前方では、第３，４図に示すよう
に、当該プラズマが高密度化する。

しかし、両非接地電極１２，１３を対向させた
ので、それぞれの電極において、上記擬似サイク
ロイド運動の運動方向が逆になる。しかも、両非
接地電極１２，１３に対する供給電力を等しくし
ているので、両電極の対向側面１２ａ，１３ａに
沿つて形成されるプラズマの密度分布の状況は、
第３，４図に示すように対称になる。このように
対称なプラズマが、第２図に示す仮想分割線２８
を境いにして電極１２，１３で合体するので、両
電極１２，１３間におけるプラズマは、高密度で
しかもその密度分布を均一化したものとなる。

上記のように密度分布を均一したプラズマを形
成するとともに、当該真空容器１１にCHF₃ガス
を導入して、SiO₂膜をエツチングしたが、その
ときのエツチング速度は、基板１７の表面各箇所
においてほとんど均一であつた。

ちなみに、第１０図に示す密度分布が不均一な
プラズマを使用して、上記と同様のエツチングを
したところ、そのエツチング速度の均一性は±40
％もあつた。

なお、上記真空容器１１内にプラズマCVDに
用いる所定のガスを導入すれば、非接地電極１２
に置かれた基板１７に薄膜を堆積させることがで
きるが、その導入ガスと堆積させうる薄膜とを例
示すると次のようになる。

SiH₄＋N₂＋NH₃→SiN₄膜 SiH₄又はSi2H₆等→ａ・SiH膜 SiH₄＋N₂O→SiO₂膜第５図及び第６図に示した第２実施例は、静磁
界を発生させるのに、磁石２９，３０を使用した
ものである。すなわち、絶縁物３１，３２で、金
属製の容器に収納された磁石２９，３０を覆うと
ともに、非接地電極の対向側面１２ａ，１３ａ以
外の箇所もこの絶縁物３１，３２で覆つたもので
ある。そして、この磁石２９，３０には、図示し
ていない導管から冷却媒体を導いて、その磁石２
９，３０を冷却できるようにしている。

その他、基本的な構成は第１実施例と同様であ
る。

第７図に示した第３実施例は、当該真空容器３
３それ自体を石英ガラス等の絶縁物で構成すると
ともに、この真空容器３３内に凹部３４，３５を
形成し、この凹部に非接地電極１２，１３を設置
している。そして、非設置電極１２，１３の対向
部間の周囲には、設置電極３６を設けている。

その他、基本的な構成は第１実施例と同様であ
る。

第８図に示した第４実施例は、真空容器３８を
接地させるとともに、一方の非接地電極３９を絶
縁物４０で覆い、他方の非接地電極４１を絶縁物
４２で覆つている。

そして、上記絶縁物４０は一方の非接地電極３
９とともに、真空容器３８から取外ずし可能に
し、当該絶縁物４０を取外ずして基板１７を出し
入れできるようにしている。

さらに、上記絶縁物４０を真空容器３８にセツ
トしたとき、他方の非接地電極４１と電気的に導
通する構成にしている。

いずれにしても、第２〜４実施例は、第１実施
例の変形例として示したもので、各実施例ともそ
の基本的な原理は全て同じである。

なお、上記各実施例のいずれの場合にも、交番
磁界、回転磁界あるいは楕円回転磁界を用いても
よい。

このように交番磁界、回転磁界あるいは楕円回
転磁界を用いると、磁場の強度に対してイオン化
効率が高まり、処理速度が速くなるとともに、そ
の処理が均一化する利点もある。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜４図はこの発明の第１実施例を示す
もので、第１図は真空容器の正面を断面にした状
態の概略図、第２図は上記真空容器の平面を断面
にした状態の概略図、第３図は一方の非接地電極
近傍に形成されたプラズマの密度分布を示す図、
第４図は他方の非接地電極近傍に形成されたプラ
ズマの密度分布を示す図、第５，６図は第２実施
例を示すもので、第５図は真空容器の正面を断面
にした状態の概略図、第６図は第５図の−線
断面図、第７図は第３実施例の真空容器の正面を
断面にした状態の概略図、第８図は第４実施例の
真空容器の正面を断面にした状態の概略図、第９
図は従来の装置の要部を示す概略図、第１０図は
従来のプラズマの密度分布の状況を示す図であ
る。１１，３３，３８……真空容器、１２，１３，
３９，４１……非接地電極、１２ａ，１３ａ……
対向側面、１４，１５，３１，３２，４０，４２
……絶縁物、１８，１９……コイル、２７……真
空ポンプ、２９，３０……磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

１圧力を制御する手段を備えた真空容器内に、
一対の非接地電極をほぼ平行にして対向させると
ともに、両非接地電極を同一の電源に接続し、さ
らにこの非接地電極の表面に沿つて磁界を発生さ
せる手段及び非接地電極を回りにおける電子の擬
似サイクロイド運動を制限又は禁止する手段を設
けた表面処理装置。